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Termodinâmica parte 1: teoria molecular dos gases

Transcrição de vídeo

depois de todo o trabalho que temos feito com fluidos você provavelmente tem uma ideia muito boa do que é pressão agora vamos pensar um pouco sobre o que ela realmente significa mas especialmente quando pensamos nela em termos de gás o volume lembre-se qual é a diferença entre um gás em líquido ambos são fluidos ambos tomam a forma dos seus recipientes mais o gás é compreensível enquanto o líquido é incompreensível vamos começar focando em gases vamos dizer que eu tenho um recipiente e eu tenho um monte de gás dentro dele do que o gás é feito efeito de um grupo inteiro de moléculas do próprio gás eu vou desenhar cada uma das moléculas com um pontinho vai ter um grupo de moléculas nele existem muito muito muito mais do que o desenho mas isso é indicativo e todas vão estar indo em direções aleatórias essa pode estar indo realmente rápido nessa direção e essa pode estar indo um pouco mais devagar nessa outra direção todas elas têm seus próprios vetores pequenos de velocidade e constantemente estão batendo umas contra as outras e batendo nos lados do recipiente e ricocheteando aqui e ali e mudando de velocidade em geral especificamente nesse nível de física assumimos que este é um gás ideal e que todas as colisões que ocorrer não há perda de energia ou essencialmente que todas elas são colisões elásticas entre as diferentes moléculas não há perda de quantidade de movimento vamos manter isso em mente e tudo que você verá no colégio no vestibular irá abordar gases ideais vamos pensar sobre o que pressão significa nesse contexto muito do que pensamos sobre pressão é algo pressionando uma área se pensarmos sobre a pressão aqui vamos pegar uma área qualquer vamos pegar esse lado vamos pegar essa superfície de seu recipiente onde a pressão será gerada nessa superfície ela vai ser gerada pelos milhões e bilhões e trilhões de pequenas colisões toda vez desde desenhar uma vista lateral csa vista lateral do recipiente esse mesmo lado a cada segundo sempre existem essas pequenas moléculas de gás movendo para lá e para cá se pegarmos um período qualquer de tempo elas estão sempre ricocheteando do lado nós estamos olhando para o tempo ao longo de uma super pequena fração de tempo e durante esse período de tempo essa equipe pode terminar aqui essa talvez bateu contra ela e logo depois que recurso de ou veio aqui essa muda a quantidade de movimento e vai assim essa já poderia estar indo nessa direção e essa pode ricochetear mas o que está acontecendo é em qualquer momento uma vez que existem tantas moléculas sempre vai existir algumas moléculas que estão batendo no lado da parede quando elas se chocam elas têm a mudança de quantidade de movimento toda força é a variação na quantidade de movimento sobre tempo o que estou dizendo aqui em qualquer intervalo de tempo ao longo de qualquer período ou qualquer variação no tempo vai existir um monte de partículas que estarão mudando sua quantidade de movimento no lado dessa parede isso vai gerar força e assim se pensarmos sobre quantas em média porque é difícil rastrear cada partícula individualmente e quando fizemos cinemática e coisas assim a gente rastreava o objeto individual em jogo mas quando estamos lidando com gases e as coisas assim a um nível macro você não consegue rastrear nenhum individualmente a menos que você tem algum tipo de supercomputador incrível podemos dizer em médio que esse tanto de partícula está mudando a quantidade de movimento nessa parede por esse tanto de tempo portanto a força exercida sobre essa parede ou essa superfície vai ser x se soubermos qual é essa força e se soubermos a área da parede podemos descobrir a pressão porque a pressão é igual à força dividida pela área isso nos ajuda com que eu queria lhe dar essa intuição primeiro e agora vou lhe dar a única forma que você realmente precisa conhecer em termodinâmica e depois quando entrarmos nos próximos poucos vídeos eu vou provar porque ela funciona eu espero dar a você mais intuição agora você entende espero o que significa pressão no contexto de gás em um recipiente com isso fora do caminho deixe dar a você agora uma fórmula espero que até o final desse vídeo você tem a intuição do porquê essa fórmula funciona em geral se eu tiver um gás e de um recipiente a pressão exercida sobre o gás no lado do recipiente ou mesmo em qualquer outro ponto dentro do gás porque ele vai ficar completamente homogêneo em algum ponto e vamos falar sobre entropia em vídeos futuros mas a pressão no recipiente e sobre a sua superfície vezes o volume do recipiente é igual uma constante vamos ver em vídeos futuros que essa constante é na verdade proporcional à energia cinética média das moléculas saltando de lá para cá e de cá para lá isso deve fazer sentido para você seis moléculas estivessem se movendo pra cá e pra lá muito mais rápido então você teria mais energia cinética então elas estariam mudando de quantidade de movimento nos lados da superfície muito mais portanto você teria mais pressão vamos ver se conseguimos obter um pouco mais de intuição sobre por que a pressão visa o volume é uma constante vamos dizer que eu tenho um recipiente e ele tem um monte de moléculas de gás nele assim como eu mostrei naquela última parte antes de apagar essas estão colidindo com a lateral em uma determinada taxa cada uma das moléculas pode ter uma energia cinética diferente está sempre mudando porque elas estão sempre transferindo quantidade de movimento entre si mas em média todas elas têm uma da energia cinética elas continuam se chocando em uma determinada taxa contra a parede e isso determina a pressão o que aconteceria se eu conseguisse exprimir a caixa se eu conseguisse diminuir o volume da caixa eu só pego essa mesma caixa com o mesmo número de moléculas nela e agora o extremo então eu faço o volume da caixa ficar menor o que vai acontecer eu tenho o mesmo número de moléculas ali com a mesma energia cinética em média elas estão se movendo com a mesma velocidade então o que vai acontecer agora elas vão estar batendo nos lados com mais freqüência ao mesmo tempo que aqui essa partícula fez um agora ela poderia fazer tudo um tom elas vão estar batendo nos lados com mais freqüência assim você vai ter mais variações na quantidade de movimento e portanto na verdade você vai fazer cada partícula exercer mais força em cada superfície porque vai estar batendo nelas com mais freqüência em um determinado período de tempo as superfícies insistam menores você tem mais força em uma superfície menor então sua pressão vai ser mais alta e espero que isso lhe dê uma intuição de que se eu tivesse alguma quantidade de pressão nessa situação se este primeiro volume a pressão vai aumentar agora outra intuição se eu tiver um balão o que enche o balão é a pressão interna do olho ou o próprio arquivo você só pára no balão quanto mais você tenta esse primeiro balão se vocês primeiro em todas essas direções fica cada vez mais difícil de se fazia isso porque a pressão interna do balão aumenta à medida que você diminui o volume se o volume diminui a pressão sobe e isso faz sentido isso segue isso quando eles se multiplicam você tem que ter uma constante vamos pegar o exemplo novamente o que acontece você tornar o volume maior vamos dizer que eu tenho um enorme assim eu deveria ter feito isso mais proporcional mas acho que você pegou a ideia você tem o mesmo número de partículas e se eu tivesse uma partícula que em algum período de tempo ela poderia ter feito um que poderia ter batido nas paredes duas vezes agora nessa situação com paredes maiores ela poderá fazer tudo em um e nesse mesmo tempo talvez ela chegasse aqui e sequer vai atingir a outra parede as partículas em média vão colidir com a parede com menos frequência e as paredes vão ter uma área maior também então nesse caso quando o volume sobe a pressão média ou à pressão no recipiente de s bom espero que isso lhe deu um pouco de intuição e assim você nunca vai esquecer que pressão vezes o volume é constante então podemos usar isso para fazer alguns problemas bastante comuns que farei no próximo vídeo estou prestes a ficar sem tempo vejo você em breve até lá a tal